KR20110126052A

KR20110126052A - 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 방법과 왕복 피스톤 내연 기관용 피스톤

Info

Publication number: KR20110126052A
Application number: KR1020110044507A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 로츠 펠터
Original assignee: 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2011-11-22
Also published as: CN102278201A; DE102010020491B4; CN102278201B; JP2011241982A; KR101855215B1; DE102010020491A1; JP5851718B2

Abstract

작동 챔버(5)를 범위 한정하고, 실린더 라이너(3) 내에서 변위 가능한 피스톤(2)을 포함하는 피스톤 왕복 내연 기관에 있어서, 상기 피스톤(2)과 상기 실린더 라이너(3) 사이의 틈(13)은 복수의 잇달아 배치되고, 상기 피스톤(2)의 할당된 피스톤 그루브(10, 11, 12)에 각각 배치된 피스톤 링들(6, 7, 8)을 구비한 피스톤 링 패키지(9)에 의해 메워지고, 이 피스톤 링들은 상기 작동 챔버(5)로부터 유출되는 가스에 의해 가압될 수 있으며, 그에 따라 출력 손실이 우수하게 감소되고 포괄적으로 피스톤 링들(6, 7, 8)의 균등한 수명이 실현되며, 상기 피스톤(2)과 실린더 라이너(3) 사이의 틈(13)은 상기 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8)에 의해 하부 방향으로 밀봉되는 방식으로 폐쇄되고, 상기 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8)의 전방에 배치되는 각각의 피스톤 링(6, 7)에서는 제어된 누출이 허용되고, 상기 누출 가스의 압력이 상기 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8)에 도달하기 전에 팽창을 위해 제공된 적어도 하나의 팽창 공간(17)에서 팽창을 통해 감소된다.

Description

왕복 피스톤 내연 기관의 작동 방법과 왕복 피스톤 내연 기관용 피스톤{METHOD OF OPERATING RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND PISTON THEREFOR}

본 발명은 왕복 피스톤 내연 기관의 작동 방법, 및 이러한 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 2행정 대형 디젤 엔진을 위한 피스톤에 관한 것으로서, 이 피스톤은 작동 챔버의 경계로서 할당된 실린더 라이너 내에 배치되고, 이 경우 피스톤과 실린더 라이너 사이의 틈은 각각 피스톤의 할당된 피스톤 링 그루브 내에 연속하여 배치된 복수의 피스톤 링들을 구비한 피스톤 링 패키지에 의해 메워지고, 피스톤 링들은 작동 챔버로부터 유출되는 가스에 의해 가압되는, 피스톤에 관한 것이다.

실제로 통용되는 이러한 방식의 배치 구조에서는 모든 피스톤 링들에서 가스 누출이 존재한다. 이를 위해 종종 홈붙이 피스톤링들(slotted piston rings)이 이용되되, 그 단부들은 상부로부터 하부로 방향으로 이어지는 홈들이 형성되는 조건에서 서로 이격되고, 이 홈들은 누출 가스를 위한 흐름 경로를 형성한다. 그러나 이 홈들의 횡단면은 해당 피스톤 링의 팽창이 누적되면서, 즉 마모가 누적되면서 점점 커진다.

EP 0742 875 B1으로부터는 처음에 언급한 방식의 피스톤이 공지되어 있다. 여기서는 적어도 최상부 피스톤 링이 밀봉형 피스톤 링(sealed piston ring)으로서 형성되고, 이 피스톤 링에는 제어된 누출을 가능하게 하기 위해 원주면 측 그루브들이 제공된다. 피스톤 링 패키지의 복수의 혹은 모든 피스톤 링들이 밀봉형 피스톤 링으로서 원주면 측 그루브들을 구비하여 제어된 누출이 가능하도록 형성될 수 있다는 점도 언급되었다. 따라서, 어쨌거나 피스톤 링 패키지의 각각의 피스톤 링에서는 누출이 가능하고, 그럼으로써 작동 챔버로부터 다소 강한 누출 흐름과 또한 이로 인해 야기되는 출력 손실이 발생한다. 경험에 따라 앞서 언급한 방식의 배치 구조에서는 높은 보수 비용을 뜻하는, 피스톤 링 패키지의 다양한 피스톤 링들의 각기 다른 수명도 고려해야 한다.

JP 2 48 737 B2는 모든 피스톤 링들이 밀봉형 피스톤 링들로서 형성되고, 이 피스톤 링들에 할당된, 중첩되게 배치된 피스톤 링 그루브들은 서로 연결되되, 보어들과 같은 것에 의해 형성되며 피스톤 측에 제공되는 흐름 경로들을 통해 제어된 누출이 가능하도록 상기 피스톤 링 그루브들이 서로 연결되는 피스톤을 개시한다. 이 경우에 누출 흐름은 최하부 피스톤 링에서 정지된다. 그러나 그에 의해 최하부 피스톤 링은 작동 행정마다 비교적 강하게 가압되고, 따라서 경험에 따르면 그 상부에 위치하는 피스톤 링들보다 더 신속한 마모를 겪는다.

공지된 2 가지 배치 구조의 경우 명백하게 비교적 많은 수의 피스톤 링들이 피스톤 링 패키지 내에 필요하다. 그러나 작동되는 동안 발생하는 마찰과 이로 인해 야기되는 출력 손실은 피스톤 링들의 개수와 함께 증가한다. 따라서 그런 점에서 공지된 배치 구조들은 최적의 작동 방식을 제공할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 처음에 언급한 종래 기술을 간단하고 비용 면에서 효율적인 수단을 이용하여 모든 피스톤 링들의 최대한 균등한 수명이 달성 가능하고 출력 손실이 최소화되도록 개선하는 데에 있다.

상기 목적은 앞서 언급한 방식의 피스톤과 관련하여 본 발명에 따라 작동 챔버로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링만 밀봉형 피스톤 링으로서 누출 가능성 없이 형성되고, 작동 챔버에 보다 가깝게 위치하는 각각의 추가의 피스톤 링에는 작동 챔버로부터 유출되는 가스의 제어된 누출을 위한 수단이 제공되고, 그리고 잇달아 배치된 적어도 2개의 피스톤 링들 사이에는 도착하는 누출 가스의 추가 팽창을 위해 적어도 하나의 팽창 공간이 제공되되, 이를 위해 팽창 공간-수용 부피는 잇달아 배치된 피스톤 링들의 추가적인 팽창 부피 없이 범위 제한된 링 공간 가운데 하나의 링 공간의 부피를 능가함으로써 달성된다.

이러한 조치들로써 공지된 배치 구조의 단점들이 신뢰할 수 있게 방지된다. 본 발명에 따라 제공되는 팽창 공간은, 통상적인 정도, 즉 각각 2 개의 피스톤 링들에 의해 범위 제한되는 링 공간들 내에서도 팽창이 발생하는 공지된 배치 구조들에서 가능한 정도를 넘어서 도착되는 누출 가스의 팽창이 가능하고 따라서, 바람직하게는 감쇠 유닛 및 지연 유닛으로서 기능한다. 그에 의해 피스톤의 매 작동 행정 동안 밀봉형 피스톤 링의 유효 압력 부하가 감쇠되고 지연된다. 그와 함께 바람직하게는 피스톤 링 패키지에 의해 수용되어야 할 연소 압력이 모든 피스톤 링들과 또한 보다 긴 행정 영역 상에서 최적으로 분배된다. 이는 모든 피스톤 링들의 균등한 수명 달성에 유리하며 가용한 에너지가 우수하게 활용되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 조치들은 공지된 배치 구조에 비해 피스톤 링 패키지의 피스톤 링들의 개수를 감소하는 바람직한 방법을 제공한다. 이는 마찰 손실의 축소뿐만 아니라 동적 힘들의 감소와 또한 공지된 배치 구조에 비해 적지 않은 출력 이득을 초래한다. 본 발명에 따른 조치들의 추가의 장점은 본 발명에 따른 피스톤이 자신의 팽창 공간의 도움으로 쉽게 확인될 수도 있고 피스톤 측에 제공된 팽창 공간이 예컨대 실린더 라이너의 세정 슬롯(slot)의 영역에서 또한 쉽게 관찰될 수도 있다는 점에 있을 수 있으며, 이는 정비를 용이하게 한다.

일차적 조치들의 바람직한 실시예들과 목적에 부합하는 개선 실시예들은 종속항들에 제시되어 있다.

바람직하게는 적어도 밀봉형 피스톤 링들 바로 전방에 적어도 하나의 팽창 공간이 배치된다. 이러한 조치는 특히 적합한 것으로 입증되었다. 최하부 밀봉형 피스톤 링에서는 추가의 누출이 발생하면 안 되므로, 여기서는 발생하는 부하의 감쇠 및 지연이 특히 중요하기 때문이다.

추가의 바람직한 조치는, 팽창 공간으로서 적어도 하나의 피스톤 측 리세스(recess)부가 제공된다는 점에 있을 수 있다. 여기서는 바람직하게는 팽창 공간의 부피의 치수화와 관련하여 구조적으로 큰 자유가 생긴다. 또한 피스톤 측 리세스부로서 형성되는 팽창 공간의 부피는 작동이 이루어지는 동안 본질적으로 일정하게 유지된다는 점으로부터 출발할 수 있다. 따라서, 피스톤과 실린더 라이너 사이의 틈 너비 및 실린더 라이너의 변형으로부터 작동 중에 뒤따르는 제약들을 여기서는 염려하지 않아도 된다.

적합하게는 팽창 공간으로서 기능하는, 피스톤 측 리세스부는 그루브 형태로 원주 방향으로 연장되는 방식으로 형성될 수 있다. 이는 단순한 제조를 가능하게 할뿐만 아니라 바람직하게는 전체 피스톤 원주부 상에 균등한 작용을 제공한다.

일차적 조치들의 추가의 개선 실시예에서는 2개의 피스톤 링들 사이에 제공되는 각각의 팽창 공간들의 수용 부피가 적어도 피스톤 링 그루브의 부피와 일치하고 바람직하게는 이를 능가할 수 있다. 언급한 조치를 바탕으로 바람직하게는 피스톤 링 그루브들보다 적은 피스톤 링들을 구비한 피스톤 링 패키지를 이용하는 것과 피스톤 링 그루브를 간단하게 피스톤 링들로써 점유하지 않는 것이 가능하다. 이런 경우 이러한 그루브는 당연히 피스톤 링 그루브에 일반적으로 제공되는 플레이팅(plating)이 필요하지 않으며, 그로 인해 횡단면으로부터 예컨대 차이가 날 수 있다. 전술한 장점들에 추가로 여기서는 매우 콤팩트한 배치 구조도 제공된다. 앞서 이미 언급했듯이, 피스톤 링의 감소는 마찰을 감소시키고 그와 함께 그로 인해 초래되는 출력 손실을 감소시킨다. 앞서 언급한 빈 그루브들에 의해 바람직하게는 이에 인접한 피스톤 링들이 비교적 넓게 이격되고, 이는 팽창 공간들의 부피를 확대한다.

일차적 조치들의 추가의 바람직한 실시예들과 적합한 개선 실시예들은 나머지 종속항들에 제시되고 다음의 설명으로부터 도를 이용하여 더욱 상세하게 추론할 수 있다.

도 1은 왕복 피스톤 내연 기관의 실린더-피스톤 유닛의 상부 영역을 절단하여 도시한 종단면도이다.
도 2는 밀봉형 피스톤 링을 도시한 사시도이다.
도 3은 원주면 측 누출 그루브들을 구비한 밀봉형 피스톤 링을 도시한 전개도이다.
도 4는 도 3에 근간이 되는 방식의 피스톤 링을 장착 상태에서 도시하되, 간단하게 하기 위해 도시된 피스톤 링의 원주면 측 그루브를 수직 방향으로 연장되는 방식으로 도시하는 개략도이다.

본 발명의 주요 응용 분야는 대형 엔진으로서 형성되는 왕복 피스톤 내연 기관, 특히 예컨대 선박에 이용되는 것과 같은 2행정 대형 디젤 엔진이다. 그러한 배치 구조의 기본적인 구조와 작용 방식은 공지되었으며, 따라서, 본 맥락에서 더욱 상세한 설명은 필요하지 않다.

도 1에 기초가 되는 실린더-피스톤 유닛은 2행정 대형 디젤 엔진에 속한다. 도시된 실린더-피스톤 유닛은 실린더(1)와 여기에 수용되는 피스톤(2)으로 구성된다. 실린더(1)는 원주 방향으로 연장되는 실린더 라이너(3)와 그 위에 수용되는 실린더 커버(4)를 포함한다. 실린더(1) 내에는 작동 챔버(5)가 제공되며, 그것의 하부 경계는 실린더 라이너(3) 내에서 유도되고 상하 승강하는 피스톤(2)에 의해 형성된다. 작동 챔버(5)는 작동 중에 여기서 상세히 도시되지 않으나, 실린더 라이너(3)의 하부 영역에 제공되는 유입 슬롯을 통해서는 본질적으로 공기로 구성되는 가스 충전이, 또한 상세히 도시되지 않으나, 대체로 실린더 커버(4)의 영역에 제공되는 분사 유닛을 통해서는 연료가 제공된다. 본원의 방식의 대형 엔진의 경우 피스톤(2)은 여기에 상세하게 도시되지 않는 피스톤 로드를 지나서 크로스 헤드와 연결되고, 크로스 헤드는 커넥팅 로드를 지나서 엔진의 크랭크 샤프트와 연동된다.

엔진을 적합하게 가동할 수 있기 위해, 즉 작동 챔버(5)로부터 피스톤(2)의 하부에 제공되는 세정 가스 박스로 연소 가스가 심하게 유출되는 것을 방지하기 위해 피스톤(2) 위에 수용되고, 실린더 라이너(2)에 접촉하고, 피스톤의 운동 방향으로 잇달아 배치되는 피스톤 링들(6,7,8)이 제공된다. 이들은 함께, 도시된 예에서 피스톤(2)의 운동 방향으로 잇달아 배치된 피스톤 링들(6, 7, 8) 3개를 구비하는 이른바 피스톤 링 패키지(9)를 형성한다. 또한 어느 정도 적어도 2개까지의 피스톤 링들도 생각할 수 있다. 각각의 피스톤 링(6, 7, 8)은 피스톤(2)의 할당된 피스톤 링 그루브(10, 11, 12)에 수용된다. 이 피스톤은 도시된 실시예에서 피스톤 링들(6, 7, 8) 3개에 할당되고 원주 방향으로 연장되는 3개의 피스톤 링 그루브들(10, 11, 12)을 구비한다. 피스톤 링 패키지(9)의 피스톤 링들은 자신의 반경 방향으로 외부의 원주 영역을 가지고 피스톤(2)의 외부 원주부와 실린더 라이너(3)의 내부 원주부 간의 틈(13)을 메우고 그에 부합하여 작동 챔버(5)의 밀봉을 하부 방향으로 형성한다.

피스톤 링들(6, 7, 8)은 피스톤(2) 상에 장착하기 위해 그리고 실린더 라이너(3)에서 신뢰할 만한 접촉을 실현하기 위해 반경 방향으로 팽창되어야 한다. 이를 위해 원주 방향으로 연장되는 피스톤 링들은 상호 반대 방향으로 움직이는 단부를 구비한다. 이 단부들은 상부로부터 하부 방향으로 연장되는 슬롯을 범위 한정하도록 형성될 수 있다. 이 슬롯을 지나서 작동 챔버로부터 나오는 가스의 누출이 발생할 수 있다. 원주 방향으로 폐쇄된 홈이 없는 구조를 지닌 또 다른 방식은 도 2에 도시된다. 도 2에 기초가 되는 피스톤 링은 그루브와 스프링의 방식에 따라 서로 맞물리는 단부 영역을 구비한다. 이 경우에, 도 2 좌측에 도시된 바, 일측 단부는 반경 방향으로 외부 및 하부를 향해 개방된, 챔버 형태의 리세스부(14)를 구비한다. 타측의 단부 영역은, 도 2 우측에 도시된 바, 원주 방향으로 돌출된 핑거(15)(finger)를 구비하며, 이 핑거는 횡단면에 따라 리세스부(14)의 횡단면에 맞추어 조정되고 이에 맞물린다. 이때 리세스부(14)와 핑거(15)의 상호 맞물림 길이는 피스톤이 팽창하는 경우에도 마모의 결과로 인해 상호 맞물림이 결코 완전히 제거되지 않도록 결정된다.

피스톤 링 패키지(9)는 도 1에 따라, 최하부 즉 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8)이 틈(13)을 밀봉하는 방식으로 폐쇄하도록 형성된다. 따라서, 이 최하부 피스톤 링(8)은 도 2에 도시된 구조 원리에 부합하게 밀봉형 피스톤 링으로서 형성된다. 그에 반해 전방에 배치된 2개의 피스톤 링들(6, 7)에는 작동 챔버(5)로부터 나오는 가스의 제어된 누출을 위한 수단이 할당된다. 이 수단은 앞서 언급한 방식의 슬롯, 혹은 피스톤 링 그루브들(10, 11, 12)을 서로 연결하며 피스톤 측에 제공되는 보어 등과 같은 형태의 흐름 채널들, 혹은 피스톤 측 리세스부 등과 같은 또 다른 수단일 수 있다. 어쨌든 흐름 경로가 제공되고, 이 흐름 경로를 지나서 제1, 즉 작동 챔버(5)에 가장 가깝게 인접한 피스톤 링(5)의 후방에 배치되는 피스톤 링들(7, 8)이 작동 챔버(5)로부터 나오는 가스를 공급받는다. 피스톤 링들(6, 7, 8)은 적합하게는 해당 피스톤 링 그루브들(10, 11, 12) 보다 다소 낮고, 그럼으로써 틈(13)으로부터 피스톤 링 그루브들(10, 11, 12)의 반경 방향으로 내부 영역까지 안내되는 흐름 경로가 생성되고 그에 부합하게 피스톤 링들(6, 7, 8)은 자신의 반경 방향으로 내부 원주면 영역 내에서 팽창을 실현할 수 있도록 작동 챔버(5)로부터 나오는 가스를 공급받는다.

도시된 실시예에서 가스 누출이 일어나야 하는, 상부의 피스톤 링들(6, 7) 2개 역시도 밀봉형 피스톤 링의 형태에 따라 형성되나,제어된 누출을 가능하게 하기 위해 적어도 하나의 바람직하게는 복수의 원주면 측 그루브들(16)을 구비한다. 도시된 실시예에서 피스톤 링들(6, 7)은, 도 3에서 분명하게 알 수 있듯이, 원주면에 걸쳐 분포된 복수의, 여기서는 4개의 원주면 측 그루브들(16)을 구비한다. 이는 목적에 적합하게는 링 평면에 대해 경사지게 배치되며, 이는 할당된 피스톤 링들의 회전 운동을 보조한다. 원주면 측 그루브들(16)의 깊이(t)는, 도 4에서 분명하게 알 수 있듯이, 틈(13)의 너비(b)보다 더 크다. 이 경우 작동 중에 유효한 그루브들(16)의 관류 횡단면은 피스톤(2)에 의해 메워지지 않는 즉 피스톤(2)의 외부 원주면을 넘어서 돌출되는 그루브 영역에 일치하고, 그럼으로써 흐름 횡단면이 생성된다. 흐름 횡단면의 표면은 틈 너비(b) x 도 3에 평행한 그루브 플랭크(groove flank)의 이격 간격으로 표시된 그루브들(16)의 너비로써 나타난다. 그루브들(16)의 깊이(t)는 틈 너비(b) 보다 크므로, 언급한 횡단면은 해당 피스톤 링(6 혹은 7)이 마모되는 경우에도 변하지 않는다. 목적에 부합하게 깊이(t)는 피스톤 링의 목표 수명 동안 할당된 피스톤 링의 허용 마모 두께를 합산하여 틈 너비(b) 보다 크고, 그럼으로써 언급한 관류 횡단면은 전체 수명 기간 동안 존재한다. 원주면 측 그루브들(16)로 인해 피스톤 링들(6,7)에서 제어된 누출을 낮은 수준으로 엄격하게 결정하는 것이 가능하다.

그루브들(16)에 의해 형성되는 흐름 경로를 관류하는 누출 가스는 각각 2개의 피스톤 링들에 의해 범위 한정되는 링 공간에 도달하고, 여기서 이완이 일어날 수 있다. 그러나 틈(13)의 너비는 비교적 작으므로, 이러한 이완도 추가의 조치들 없이는 매우 적다. 하부의 밀봉형 피스톤 링(8)을 감압시키기 위해서는 따라서, 이 피스톤 링(8)의 하부의 영역에 팽창 공간(17) 즉 자유 공간 혹은 부피의 확대가 이러한 확대 없이 존재하는 자유 공간 혹은 부피에 대항하여 제공된다. 팽창 공간(17)은 누출을 위해 추가의 이완 가능성, 즉 통상 배치된, 즉 피스톤 링들(6, 7)의 방식에 따라 배치된 혹은 처음에 언급한 공지된 배치 구조들에서 배치된 2개의 피스톤 링들 사이의 링 공간, 즉 (18)에서 도시된 방식의 범위 한정된 링 공간에서 가능한 것보다 더 큰 이완 가능성을 제공한다.

도 1에 따른 실시예에서 팽창 공간(17)은 밀봉형 피스톤 링(8) 바로 전방에 배치되고, 그럼으로써 직접적인 연동부가 제공된다. 도착한 가스가 팽창 공간(17) 내에서 이완될 수 있음으로써 하부 피스톤 링(8) 상에 작용하는 가스 압력의 감소와 이 가스 압력 부하의 지연을 야기하며, 이러한 지연은 그에 부합하여 전방에 배치된 피스톤 링(7)의 부하에 대해 시간 간격을 두고서야 이루어진다. 이로 인해 가용한 에너지를 피스톤 행정의 비교적 긴 범위에 걸쳐 우수하게 활용하는 것이 가능해진다. 또한 하부의 밀봉형 피스톤 링(8)의 최대 부하가 나타날 시에 실린더 라이너(3)와의 접촉 영역에서 이미 윤활막이 형성된다는 점에서 출발할 수 있다.

팽창 공간(17)의 부피는, 앞서 이미 설명되었듯이, 2개의 상부 피스톤 링들(6, 7) 사이의 링 공간(18)의 부피 혹은 도착한 가스의 추가의 팽창을 위해 팽창 공간이 존재하지 않는 공지된 배치 구조에서 2개의 피스톤 링들 사이의 링 공간(18)의 부피보다 더 크다.

도 1에 따라 도시된 실시예에서 팽창 공간(17)은 피스톤 측 리세스부에 의해 형성된다. 리세스부는 예컨대 반경 방향의 보어와 같은 것일 수 있다. 그러나 목적에 부합하게는, 도시된 실시예의 경우와 같이 원주 방향의 그루브가 팽창 공간(17)의 형성을 위해 제공된다. 도 1에 실선으로 표시된 바와 같이 이 그루브는 피스톤 링 그루브와 유사한 형태를 지닐 수 있다. 그러나 또한 도 1에 점선으로 표시된 바와 같이 또 다른 횡단면도 생각해 볼 수 있다.

팽창 공간(17)의 상부에 위치한 피스톤 링(7)을 지지하는 피스톤(2) 영역의 하중 지지력이 팽창 공간(17)에 의해 위협받지 않도록, 하부 피스톤 링(8)에 할당되고 팽창 공간(17) 전방에 배치되는 피스톤 링 그루브(12)와 그리고 인접한 제2의 피스톤 링(70에 할당된 피스톤 링 그루브(11) 간의 이격 간격은 제1 및 제2 피스톤 링들(6, 7)에 할당된 피스톤 링 그루브들(10, 11) 사이의 통상적인 그루브 간격에 비해 확대된다. 이로 인해 피스톤 링들(7, 8)에 의해 범위 한정되는 링 공간도 확대되며, 이는 자유로운 공간의 확대 및 그와 함께 팽창 공간(17)의 확대를 야기한다. 많은 경우 상황에 따라서는 그러한 방식으로 확대되는 링 공간이 이미 추가의 팽창을 위한 팽창 공간을 형성하기에 충분하고, 그러므로 추가의 피스톤 측 리세스부 없이도 해낼 수 있다. 그러나 대게 바람직한 추가의 팽창은 피스톤 측 리세스부 없이는 충분하게 실현될 수 없다.

팽창 공간(17)의 요구되는 부피는 전방에 배치된 피스톤 링, 여기서는 피스톤 링(7)의 영역에서 예상되는 누출에 달려있다. 누출이 약한 경우에는 팽창 공간(17)의 부피가 통상적인 피스톤 링 그루브의 부피의 2배가 될 수 있다. 노출이 강한 경우에는 피스톤 링 그루브의 부피의 예컨대 2-3배 더 큰 부피를 생각할 수 있다. 도시된 실시예는 약한 누출을 기초로 한다. 따라서, 팽창 공간(17)은 피스톤 링 그루브의 방식에 따라 형성될 수 있다. 이 경우에 피스톤과 피스톤 링 패키지의 조합에 있어서는 소정 개수의 피스톤 링들에 대해 피스톤 링 개수보다 하나 더 많은 개수의 피스톤 링 그루브들이 제공되어야 한다는 점이 적용될 수 있다. 그러므로 도시된 실시예에서는 단지 3개의 피스톤 링들(밀봉형 피스톤 링(8)과 제어된 누출이 있는 2개의 피스톤 링들(6, 7))을 구비한 피스톤 링 패키지(9)에 대해서 4개의 피스톤 링 그루브를 구비한 피스톤(2)이 이용될 수 있고, 이 경우 피스톤 링 그루브, 즉 상부로부터 3번째 피스톤 링 그루브는 비어 있고 피스톤 링이 제공되지 않는다. 따라서, 이 피스톤 링 그루브는 통상적인 플레이팅과 같은 것이 필요하지 않다. 또한 또 다른 개수의 피스톤 링들도 당연히 생각해 볼 수 있다. 간단한 경우에는 단지 2개의 피스톤 링들만 구비한 피스톤 링 패키지(9), 즉 틈(13)을 가스 밀폐되는 방식으로 폐쇄하는 하부의 피스톤 링과 제어된 누출을 가능하게 하는 상부의 피스톤 링들 그리고 이 피스톤 링들 사이에 배치되는 팽창 공간(17)을 구비한 피스톤 링 패키지(9)도 제공될 수 있다.

밀봉형 피스톤 링(8)의 전방에 배치되는 팽창 공간(17)에서 실행될 수 있는 도착한 가스의 추가 팽창은, 이미 설명된 바와 같이, 하부의 밀봉형 피스톤 링(8)의 현저한 감압을 초래하고, 이는 피스톤 링의 수명에 바람직하게 영향을 끼친다. 전방에 배치된 피스톤 링들(6, 7)은 여기서 제어된 허용 누출을 바탕으로 감압된다. 이 제어된 허용 누출은 피스톤 링 패키지(9)의 모든 피스톤 링들(6, 7, 8)의 수명이 대략 동일하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 제어된 허용 누출은 피스톤 링들(6, 7, 8)에서 개별적으로 결정될 수 있다. 즉 제어된 누출을 위해 흐름 경로로서 제공되는 그루브들(16)의 개수 및/또는 너비의 적합한 결정을 통해 개별적으로 결정될 수 있다. 따라서, 상부 피스톤 링들(6, 7)의 그루브들(16)의 총 횡단면은 예컨대 상이할 수 있되, 예컨대 제1 피스톤 링(6)이 제어된 누출을 위해 밀봉형 피스톤 링(8) 전방에 배치된 제2의 피스톤 링(7)보다 더 큰 흐름 횡단면을 구비하는 방식과 같이 하부 방향으로의 단계적 감소가 제공된다. 제어된 누출이 있는 피스톤 링들(6, 7) 사이의 영역에 도착한 가스의 추가 팽창을 위한 가능성을 제공하는 것도 생각해 볼 수 있다.

상기 실시예들은 본 발명이 도시된 실시예들에 제한되지 않음을 제시한다.

Claims

피스톤 왕복 내연 기관, 특히 2행정 대형 디젤 엔진용 피스톤으로서, 상기 피스톤은 작동 챔버(5)의 경계로서 할당된 실린더 라이너(5) 내에 배치되고, 상기 피스톤(2)과 상기 실린더 라이너(3) 사이의 틈(13)은 잇달아 배치되고, 피스톤의 각각 할당된 피스톤 링 그루브(10, 11, 12)에 배치된 복수의 피스톤 링들(6, 7, 8)을 구비한 피스톤 링 패키지(9)에 의해 메워지고, 상기 피스톤 링들(6, 7, 8)은 상기 작동 챔버(5)로부터 유출된 가스에 의해 가압될 수 있는 피스톤에 있어서, 상기 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8) 만이 누출 가능성 없이 밀봉형 피스톤 링으로서 형성되고, 상기 작동 챔버(5)에 더욱 인접하게 위치한 각각의 추가의 피스톤 링(6, 7)에는 상기 작동 챔버(5)로부터 유출되는 가스의 제어된 누출을 위한 수단이 제공되며, 상기 피스톤 링 패키지(9)의 적어도 2개의 잇달아 배치되는 피스톤 링들 사이에는 도착한 누출 가스의 추가의 팽창을 위해 팽창 공간(17)이 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항에 있어서,
팽창 공간(17)의 수용 부피는 추가의 팽창 부피없는 잇달아 배치된 2개의 피스톤 링들(6, 7)에 의해 범위 한정되는 링 공간(18)의 부피를 능가하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 상기 밀봉형 피스톤 링(8) 전방에는 적어도 하나의 팽창 공간(17)이 배치되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팽창 공간(17)은 적어도 하나의 피스톤 측 리세스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제4항에 있어서,
상기 팽창 공간(17)에 속한, 피스톤 측 리세스부는 그루브 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제5항에 있어서,
상기 팽창 공간(17)에 속한 그루브는 피스톤 링에 의해 점유되지 않은 피스톤 링 그루브의 방식에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
각각 2개의 피스톤 링들 사이에 제공된 팽창 공간(17)의 수용 부피는 적어도 하나의 피스톤 링 그루브(10, 11, 12)의 부피에 일치하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제7항에 있어서,
상기 팽창 공간의 상기 수용 부피는 피스톤 링 그루브(10, 11, 12) 부피의 1-3배 사이의 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤 링 패키지(9)는 적어도 하나의 밀봉형 피스톤 링(8)과 상기 밀봉형 피스톤 링(8)과 함께 팽창 공간(17)을 둘러싸며 제어된 누출이 있는 적어도 하나의 추가 피스톤 링(7)을 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
각각 피스톤 링(6, 7, 8)의 수용에 적합한 피스톤 링들(10, 11, 12) 3개와, 팽창 공간으로서 이용되고 마지막 피스톤 링 그루브와 마지막에서 두 번째 피스톤 링 그루브(11, 12) 사이에 위치하는 하나의 추가 그루브가 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나의 팽창 공간(17)을 둘러싸는 피스톤 링 그루브들(11, 12) 사이의 간격은 나머지 피스톤 링 그루브들(10, 11) 사이의 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉형 피스톤 링(8)은 그루브와 스프링의 방식에 따라 밀폐되는 방식으로 서로 맞물리는 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉형 피스톤 링(8)에 제공된 각각의 피스톤 링(6, 7) 역시도 그루브와 스프링의 방식에 따라 밀폐되는 방식으로 서로 맞물리는 단부를 구비하고 추가로 제어된 누출을 위해 리세스부가 제공되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제13항에 있어서,
상기 밀봉형 피스톤 링(8) 전방에 배치된 피스톤 링(6, 7) 각각은 원주면 측 그루브들(16)을 구비하고, 그것의 깊이(t)는 수명에 걸쳐 허용된 피스톤 링 두께의 마모를 합산하여 피스톤(2)과 실린더 라이너(3) 간의 틈(13) 너비(b) 보다 큰 것을 특징으로 하는 피스톤.
제14항에 있어서,
제공되는 피스톤 링(6, 7)의 상기 원주면 측 그루브들(16)의 유효 총 흐름 횡단면에 일치하는 누출 횡단면은 홈붙이 피스톤 링의 단부들 사이의 횡단면보다 작은 것을 특징으로 하는 피스톤.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
유효 누출 횡단면은 제어된 누출에 대해 제공된 각각의 피스톤 링(6, 7)에서 모든 피스톤 링들의 동일한 수명이 제공되도록 개별적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
왕복 피스톤 내연 기관, 특히 2행정 대형 디젤 엔진의 작동 방법으로서, 작동 챔버(5)는 실린더 라이너(3) 내에 배치된 피스톤(2)에 의해 범위 한정되고, 상기 피스톤(2)과 상기 실린더 라이너(3) 사이의 틈(13)은 복수의 잇달아 배치되고 각각 피스톤(2)의 할당된 피스톤 링 그루브(10, 11, 12) 내에 배치된 피스톤 링들(6, 7, 8)을 구비한 피스톤 링 패키지(9)에 의해 메워지되, 상기 피스톤 링들은 상기 작동 챔버(5)로부터 유출되는 가스에 의해 가압될 수 있는 방법에 있어서, 상기 피스톤(2)과 실린더 라이너(3) 사이의 틈(13)은 상기 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8)에 의해 하부 방향으로 밀봉되는 방식으로 폐쇄되고, 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8) 전방에 배치된 각각의 피스톤 링(6, 7)에는 누출된 제어가 허용되며, 상기 누출 가스의 압력은 상기 작동 챔버(5)로부터 가장 멀리 이격된 피스톤 링(8)에 도달하기 전에 팽창을 위해 제공된 적어도 하나의 팽창 공간(17)에서 팽창을 통해 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.